在之前的文章中,我們多次談到粘鋼加固與粘貼碳纖維布加固都可以提高原有建筑結構的承載力,但這兩種方法對建筑承載力的提升效果如何,我們就不得而知。通過查閱整理相關的技術資料,將粘鋼加固與碳纖維布加固與大家進行分享,希望對大家會有所幫助。
粘鋼和粘貼碳纖維布加固法其加固原理基本相同,都是通過結構膠粘劑將薄鋼板和碳纖維材料粘貼在原構件表面,使之成為一個整體共同受力提高原有構件的承載力。
從施工方面來說,粘鋼或粘貼碳纖維布的厚度不宜太厚。對于粘鋼來說,其粘貼鋼板的加固量對受拉區(qū)和受壓區(qū),分別不應超過3層和4層,并且要保證鋼板的總厚度不應超過10mm;粘貼碳纖維布的加固量對于預成型板來說,不應超過2層,對濕法鋪層的織物不宜超過4層。超過4層時,則應考慮采用碳纖維板進行加固,并采取可靠的加強錨固措施,確保結構安全。
鋼筋混凝土結構構件采用粘鋼或粘貼碳纖維布加固時,其正截面的受彎承載能力提高幅度,不應超過40%,并應驗算其受剪承載力,避免因受彎承載力提高后而導致構件受剪破壞先于受彎破壞;其目的是為了控制加固后構件的裂縫寬度和變形,也是為了強調“強剪弱彎”設計原則的重要性。
由此看來,粘鋼和粘碳纖維布加固方法并不能無限提高建筑物的承載力,在對建筑物進行加固處理時,我們必須按照混凝土結構加固原則對建筑物進行結構鑒定并依據(jù)鑒定結果選擇合理的加固方案,確保結構安全。
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碳纖維布加固在抗震領域的使用
近期,世界各地不同層次的發(fā)生了地震災害,頻繁的地震災害給人們帶來了巨大的傷害和嚴重的財產(chǎn)損失,建筑結構抗震加固刻不容緩。為此,為大家推薦適合的抗震加固方法——碳纖維布加固法。
碳纖維布抗震加固技術是通過粘結劑將碳纖維布同被加固的構件粘結而進行的新型加固方法。
碳纖維布采用進口碳絲織成,具有優(yōu)異的抗震性能高強抗拉耐腐蝕,重量輕,不改變結構形狀、不增加結構自重。可廣泛適用于各種結構類型、各種結構形狀、各種結構部位。用于結構抗震加固尤為合適。
碳纖維布抗震加固具以下不容忽視的優(yōu)越性:
(1)優(yōu)異的力學性能,可有效地應用于多種形式的結構補強,包括抗彎、抗剪、抗壓、抗疲勞、抗震、抗風、控制裂縫和撓度的擴展、增加結構的延性。
(2)優(yōu)異的化學穩(wěn)定性,使經(jīng)過補強和維修的結構具有極強的抗酸、堿、鹽、紫外線侵蝕和防水能力;具有足夠的適應氣溫變化的能力。
(3)材料的輕質高強,可以不增加結構體積,所增加的結構自重幾乎可以不計。這是傳統(tǒng)方法做不到的。
(4)施工工序簡單,可用小型電動工具操作,所需施工空間小。而且進度快、工期短,更能在持續(xù)交通有振動的情況下操作。從而大大縮短工程停工、停止運營或斷路施工的時間,極大地降低經(jīng)濟損失和社會影響。
(5)由于材料柔軟,易于隨結構外形粘貼,補強后不改變結構外形,同時便于用所需色彩涂裝,而不顯露補強痕跡。
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粘鋼加固和碳纖維布加固能不能互換?
在加固工程之中,粘貼碳布與粘鋼加固,是我們常見的加固方法,那么究竟碳布與粘鋼加固有哪些相同與不同之處呢?今天我們就來深入了解一下吧!
加固機理相似
粘貼碳纖維布加固和粘鋼加固的形式和加固機理比較類似,本質上相當于增加構件配筋,在抗剪、抗彎加固中一般可以互相替換。
粘鋼加固工法的優(yōu)勢
碳纖維和鋼材彈性模量基本一致,但碳纖維的抗拉強度是鋼材的10倍左右,所以要充分發(fā)揮加固材料的強度,粘貼碳纖維需要加固構件產(chǎn)生更大的形變。也就是說,在小變形情況下,粘貼碳纖維加固應力滯后顯著,所以當構件承載力相差較多時,應優(yōu)先選用粘鋼加固;
碳纖維和鋼材彈性模量基本一致,達到同樣的力值,鋼材截面要大的多,所以粘鋼加固提高構件鋼度的幅度要超過碳纖維加固。也就是說,若補充同樣的抗彎能力,構件粘鋼加固的撓度、裂縫寬度小于粘碳纖維加固的;
鋼板上可以焊接錨筋,也可鉆孔設植筋錨固,所以粘鋼加固的錨固方式較粘碳纖維靈活;
碳布加固工法的優(yōu)勢
如果將碳纖維布抗拉強度設計值取為2000MPa,鋼材(Q235)抗拉強度設計值取為200MPa,可按照0.1mm厚碳纖維布則可相當于1mm厚鋼板。
此外,碳纖維輕、薄,不需要大型施工機械,運輸儲存、施工簡便,同樣工程量,粘貼碳纖維施工工期約是粘鋼的40%。碳纖維和鋼材相比,屬惰性材料,不銹蝕,也不易被有害介質腐蝕,在惡劣環(huán)境下耐久性好。
碳纖維還具有柔韌性,能夠包裹復雜外形的構件,并非很光滑的結構建筑的鋼筋表面基本有效粘貼率也可以達到100%,粘貼鋼板是很難達到100%有效的粘貼面,相應的驗收標準僅僅是達到70%。
在加固工程之中,單采用一種加固工法就將問題完全解決,少之又少,換言之,任何加固工法都會有自己的使用局限,我們就需要掌握每種加固工法的優(yōu)勢,將每種加固工法的優(yōu)勢充分發(fā)揮出來,為結構安全護航。
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混凝土橋梁結構的粘貼碳纖維板技術在加固中具有不中斷交通,且工期短,人工少的優(yōu)點。所以擴展該項技術開展了配有大偏心CFRP體外束預應力混凝土連續(xù)梁橋體系應用研究,是本世紀新型橋梁建設方向之一。
1,碳纖維材料的基本特性
碳纖維增強復合材料補強加固所采用的基本材料是高強度或高彈性模量的連續(xù)碳纖維,單向排列成束,用環(huán)氧樹脂浸漬固化的碳纖維板或未經(jīng)樹脂浸漬固化的碳纖維布,統(tǒng)稱碳纖維片材。將片材用專門配制的粘貼樹脂或浸漬樹脂粘貼在橋梁混凝土構件需補強加固部位表面,樹脂固化后與原構件形成新的受力復合體,共同工作。
1.1 碳纖維片材
片材碳纖維材料的拉伸強度在(2400~3400)MPa之間,與普通碳素鋼板拉伸強度為240MPa相比,片材的拉伸強度很高。 片材碳纖維材料的彈性模量依片材力學性能不同,碳纖維片材依力學性能分成高模量、高強度和中等模量三類。高模量碳纖維片材的彈性模量較高,但其伸長率較低。相比之下,碳纖維片材的單位重比鋼材低許多,說明碳纖維片材較輕。碳纖維的化學結構穩(wěn)定,本身不會受酸堿鹽及各類化學介質的腐蝕,有良好的耐寒和耐熱性。
1.2 配套樹脂類粘結材料
混凝土結構加固修補配套樹脂系統(tǒng)包括底層涂料,用于滲透過混凝土表面,促進粘結并形成長期持久界面的基礎;油灰,用于填充整個表面空隙并形成平整表面以便使用碳纖維片材;浸漬樹脂或粘結樹脂,前者用于碳纖維布粘貼,后者用于碳纖維板粘貼。浸漬樹脂或粘貼樹脂是將碳纖維片粘附于混凝土構件表面并與之緊密地結合在一起形成整體共同工作的關鍵,因此,樹脂同混凝土的粘貼強度大于混凝土的拉伸強度和剪切強度。
就公路混凝土橋梁用碳纖維片材加固技術而言,環(huán)氧樹脂在不同施工環(huán)境溫度下固化性能有十分重要的意義,因為這涉及到粘貼工作質量與如何盡量減少橋上正常交通中斷時間緊密相關。采用專配的環(huán)氧樹脂材料,在混凝土施工表面溫度(10~40)攝氏度時,粘貼環(huán)氧樹脂固化時間約15小時以上,但粘貼后就可以使用的時間為45分鐘以上,專配的環(huán)氧樹脂材料的這一性能是完全適合混凝土橋梁的加固工作。
2,碳纖維加固補強的施工工藝
2.1 根據(jù)設計確定粘貼碳纖維的范圍進行基底處理;
2.1.1 將砼構件表面的殘缺、破損及碳化層部分清除干凈,達到結構密實部位。檢查外露鋼筋是否有銹蝕,并進行必要的處理。對經(jīng)過剔鑿、清理和露筋的構件殘缺部分進行修補復原。
2.1.2 裂縫修補??p寬小于0.2mm的裂縫,用環(huán)氧樹脂進行表面涂刷密封;大于0.2mm的裂縫用環(huán)氧樹脂灌縫。
2.1.3 將構件表面凸出部分(模板的段差等)打磨平整,修復后的段差盡量平順。用磨光機把棱角磨成半徑大于30mm的圓角。
2.1.4 清洗打磨過的構件表面,并使其充分干燥。
2.2 底層涂刷(底層涂料具有較強的滲透性,可滲入砼表面內)
2.2.1 把底層涂料的主劑和固化劑按規(guī)定比例稱量準確后放人容器內,用攪拌器拌均勻,一次調和量應在可使用時間內用完為準。
2.2.2 用滾筒刷均勻的涂刷底層涂料。
2.2.3 底層涂料固化后,表面有凸起部分時要用砂紙磨光。
2.2.4 注意在氣溫小于5C,相對濕度大于85,砼表面含水率在8以上,有結露可能而無可靠保證措施時,均不得施工。
2.3 環(huán)氧膩子對構件表面殘缺的修補
2.3.1 構件表面凹陷部位應用環(huán)氧膩子填平,修復至表面平整。
2.3.2 內角(段差、起拱等)要用環(huán)氧膩子填補使之平順。
2.4 貼碳纖維片。
2.4.1 為了防止碳纖維受損,在碳纖維片運輸、儲存、裁切和粘貼過程中,嚴禁受彎折。貼片前應用鋼直尺與壁紙刀按規(guī)定尺寸切斷纖維片,每段長度一般不超過6rn。
2.4.2 碳纖維接頭必須搭接10cm以上,橫向不需搭接。
2.4.3 按規(guī)定比例摻配樹脂主劑和固化劑,用滾筒刷均勻地涂刷黏結樹脂,稱為下涂。
2.4.4 貼片時,在碳纖維片和樹脂之間盡量不要有空氣,可用羅拉沿著纖維方向在碳纖維片上對此滾壓,使樹脂滲入碳纖維中。
2.5 養(yǎng)護
粘貼碳纖維片后,需自然養(yǎng)護24h達到初期固化,并保證固化期間不受干擾。
2.6 涂裝
根據(jù)需要可在樹脂固化后加固補強構件表面,涂刷耐火涂層和色彩。
3,碳纖維(片材)加固處理要點
在進行結構加固處理前,先對梁板采取有效地卸載和支頂措施,然后按以下施工工序進行加固施工。
3.1 破損面混凝土表面處理:清除被加固構件表面的剝落、疏松、蜂窩、腐蝕等劣化混凝土,露出混凝土結構層。3.2 按設計要求對破損面鋼筋處理后用M45的環(huán)氧樹脂砂漿進行灌縫或封閉處理,并保證鋼筋保護層厚度不小于15mm,利用打磨機將其表面打磨平整,并用鋼刷將其表面的粉塵、油污等不潔物清除干凈,使構件加固表面平整、干燥無粉塵。另外,如碳纖維需沿基纖維方向繞構件轉角處粘貼時,轉角粘貼處要進行倒角處理并打磨成圓弧狀,圓弧半徑不應小于20mm。
3.3 涂刷底層樹脂:用滾筒刷將底層樹脂均勻涂抹于混凝土表面,待樹脂表面指觸干燥時即進行下一道工序施工。
3.4 找平處理:表面凹陷部位用找平材料填補平整,且不應有菱角。
3.5 粘貼碳纖維片材:將配制好的浸漬樹脂均勻涂抹于所要粘貼的部位,并用橡膠滾筒沿纖維方向多次滾壓,擠除氣泡,使浸漬樹脂充分浸透碳纖維布,滾壓時不得損傷碳纖維布。多層粘貼重復上述步驟,待纖維表面接觸干燥時即可進行下一層的粘貼。如超過60min,則應等12h后,再行涂刷粘結劑粘貼下一層。
3.6 在后一層的碳纖維布的表面均勻涂抹浸漬樹脂。
4,對碳纖維加固補強技術的展望
碳纖維用于砼結構的修復補強雖然時間不長,但發(fā)展很快,其主要原因在于碳纖維片加固存在較多優(yōu)點:
4.1 施工簡便迅速,無需模板、夾具、支撐等。
4.2 不增加結構重量,碳纖維片重量200g/m~300g/m,設計厚度0.111mm~0.167mm,加上環(huán)氧樹脂的重量也很輕,對結構自重影響可忽略不計。
4.3 能適應各種結構外形的補強。
4.4 可以多層粘貼。可根據(jù)設計要求,在一個部位重疊粘貼。
隨著我國高等級公路的迅速發(fā)展,高速公路橋梁通車里程也在不斷增長,橋梁由于各種原因造成承載力降低、混凝土強度降低或需要提高抗震能力和修補橋梁裂縫,都可以應用碳纖維布補強技術。
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